Im Rahmen eines Kooperationsprojekts des von der DFG geförderten Sonderforschungsbereichs TRR280 haben die Doktoranden Zirui Guo (Doktorand von Prof. Christoph Neinhuis) und Tom Morgenstern (Doktorand von Dr. Thea Lautenschläger) die Pseudostämme von Bananenpflanzen genauer untersucht. Dafür ging es mit Sägen und Seilen in die Schaugewächshäuser des Botanischen Gartens. Ziel des Kooperationsprojekts der Universität Hamburg und der Technischen Universität Dresden ist es, neue Erkenntnisse über die beeindruckende Struktur und Mechanik dieser pflanzlichen Leichtbauwunder zu gewinnen und diese für neuartige Konstruktionsstrategien zu adaptieren.
Einzigartige Struktur für Stabilität und Flexibilität
Die Pseudostämme der Bananen bestehen aus ineinander verschachtelten Blattstielen, die eine beeindruckende Kombination aus Stabilität und Flexibilität ermöglichen. Die C-förmige Querschnittsstruktur der Blattstiele sowie große Interzellularräume in Kombination mit längsgerichteten Querwänden sorgen für hohe Steifigkeit bei minimalem Gewicht und gleichzeitig für eine reversible Verformbarkeit, beispielsweise bei starkem Wind. Besonders spannend ist, dass diese ineinandergreifenden Blattstiele nicht frei beweglich sind. Bereits das Abziehen einzelner Stiele erfordert erhebliche Kräfte, was darauf hindeutet, dass spezielle adhäsive oder mechanische Interaktionen die Stabilität des gesamten Pseudostamms stärken.
Der Versuch: Von der Pflanze ins Labor
Für die Untersuchungen wurde eine Bananenpflanze mit einer Stammhöhe von über 5,30 Metern aus den Gewächshäusern des Botanischen Gartens in Planten un Blomen entnommen. Der Stamm wurde anschließend ins Thünen-Institut für Holzforschung in Hamburg-Bergedorf transportiert. Dort wurden unter der Leitung von Prof. Dr. Linnea Hesse und ihren Mitarbeitern Fabian Scheckenbach, Niklas Groth und Johannes Beruda von der Arbeitsgruppe Bionik des Fachbereichs Biologie der UHH verschiedene biomechanische Tests durchgeführt, unter anderem an einem vier Meter langen Abschnitt der Banane. Zu den Experimenten gehörten Biegebelastungstests und Kompressionsbelastungen sowie deren fotografische und videografische Dokumentation.
Einblick in die Zukunft
Die Forschung an diesen Objekten könnte nicht nur helfen, das Verständnis der Naturstrukturen zu vertiefen, sondern auch neue Ansätze für technische Anwendungen im Leichtbau liefern. Besonders in dem sich aktuell rasant entwickelnden Feld der carbonfaserverstärkten Betonbauteile könnten die faserreichen Pseudostämme der Banane neue Ansätze für Bauteilgeometrien und Carbonfaseranordnungen bieten.
Informationen zum Sonderforschungsbereich:
Seit September 2024 ist der Botanische Garten der Universität Hamburg neben der TU Dresden und der RWTH Aachen Teil Sonderforschungsbereichs SFB/TRR280 „Konstruktionsstrategien für materialminimierte Carbonstrukturen – Grundlagen für eine neue Art zu bauen.“ Über Dr. Thea Lautenschläger, Wissenschaftliche Leitung des Botanischen Gartens Hamburg, kam das Projekt nach Hamburg und in den Botanischen Garten.